基于ANSOFT的直線磁阻電機力移特性分析

楊曉晨+于天達

（中國核動力研究設計院核反應堆系統設計技術重點實驗室 四川成都 610213）

摘要：利用有限元仿真軟件ANSOFT對直線磁阻電機的動子齒頂寬、動子齒底寬、單邊氣隙和永磁體厚度等關鍵參數開展參數化分析，得到力移特性曲線族，從中優選出最佳電磁結構參數組合。

關鍵詞：力移特性；ANSOFT；磁阻電機

0 引言

力移特性是磁阻電機在固定勵磁狀態下所具有的特性，是動子所受電磁推力和動子位置之間的關系，可以用于衡量關鍵電磁結構參數設計是否合理。在電磁結構基本確定的前提下，分別對動子齒寬、單邊氣隙和永磁體厚度等關鍵尺寸開展參數化分析。

1 仿真模型

計算采用了圖1所示的1/6軸對稱有限元模型（其力能計算結果為完整模型的1/6），由控制線圈、磁極模塊、永磁體和動子共同組成。模型中各部件材料及電磁性能需根據實際情況指定。

2 邊界條件與源

邊界條件施加在背景區域的邊界上。模型可近似認為與其它磁場源和電流源是隔離的，因此需要在求解區域的外邊界上施加“balloon”邊界條件，即求解區域的邊界延長到無限遠，在無限遠處Az或Aφ為零。

計算采用電流源，用安匝數（即磁通勢Fm）表示。為便于電流源加載，需定電流運行的相序。按照任意相序中的激磁安匝進行電流源設置，通過動子位置掃描分析，即可得到該勵磁狀態下的機構力移特性。

3 變量設置

定義變量并添加進變量列表，變量如下：

W1：1/2齒底寬，mm。W1=2、3、4、5、6；

W2：1/2齒頂寬，mm。W2=2、3、4、5、6；

δ：單邊氣隙，mm。δ=2.5、3.0；

dp：1/2永磁體厚度，mm。dp =2、2.5、3。

4 仿真結果分析

圖1為仿真得到的不同電磁結構參數組合下的力移特性曲線族，其中最大輸出電磁力超過6×334N=2000N的組合有65組。選出=2.5mm和=3.0mm時最大的一組列于表1。組合1的電磁力更大，達到6×483N=2898N。

計算結果表明，氣隙對輸出電磁力的影響較大，氣隙增加導致電磁力下降。但是在確定氣隙時，并非越小越好，還應綜合考慮機械阻力、零部件的可加工性與機械強度等多重因素。

5 結論

建立了1/6電磁結構模型，在運行參數和主要結構確定的前提下，利用ANSOFT軟件，對動子齒頂寬、動子齒底寬、單邊氣隙和永磁體厚度等關鍵電磁結構參數開展了設計分析，獲得了=2.5mm和=3.0mm 兩種氣隙的最佳電磁結構參數組合。

作者簡介：

楊曉晨（1980—），男，遼寧錦州人，中國核動力研究設計院高級工程師，碩士，主要從事反應堆結構設計研究。